化学反应工程作业答案

3-2在等温间歇反应器中进行皂化反应325325CHCOOCHNaOHCHCHCOONaCHOH该反应对乙酸乙酯和氢氧化钠均为一致，反应开始时乙酸乙酯和氢氧化钠的浓度均为0.02mol/L，反应速率常数为5.6L/（min·mol），要求最终转化率为0.95，试求当反应器体积为31m、32m时，所需的反应时间是多少？解：ABCDAABrkCC设A的转化率为Ax，B的转化率为Bx000AAAAAAnnnxnn000BBBBBBnnnxnn∵00ABnn，ABnn，∴ABCCt=00AfxAAadxCr=020AfxAAAdxCkC=01(1)AAfkCx-01AkC=169.6mint与反应体积无关。∴31m、所需反应时间均为169.6min3-3在平推流反应器中进行等温一级反应，出口转化率为0.9，现将该反应移到一个等体积的全混流反应器中进行，且操作条件不变，问出口转化率是多少？解：对于平推流反应器：1ln1Afkx0Bvv对于全混流反应器：''1AfAfxkx0Rvv∴1ln1Afx='1AfAfxx=2.3∴'Afx=0.6973-6已知某均相反应，反应速率2,17.4AArkCkml/（mol﹒min），物料密度恒定为0.75g/ml，加料流量为7.14L/min，0AC=7.14mol/L，反应在等温下进行，试计算下列方案的转化率各为多少？(1)串联两个体积0.253m的全混流反应器。（2）一个0.253m的全混流反应器，后接一个0.253m的平推流反应器。（3）一个0.253m的平推流反应器，后接一个0.253m的全混流反应器。（4）两个0.253m的平推流反应器串联。解：（1）0Rvv=30.251027.14=35mm，设转化率为12,ffxx12011(1)fAfxkCx121(1)ffxx=4.351fx=0.622∴101(1)AAfCCx=7.14×（1-0.622）=2.7mol/L22221221(1)(1)ffAffxxkCxx=1.64∴20.467fx12(1)AfAfCCx=1.44∴0(1)0.80AfAAfAfCCxx（2）00.2510007.14RVV=35min12011(1)fAfxkCx121(1)ffxx=4.351fx=0.622∴101(1)AAfCCx=7.14×（1-0.622）=2.7mol/L2212211.64(1)(1)ffAffxxkCxx∴20.62fx12(1)AfAfCCx=2.7×（1-0.62）=1.026∵0(1)AfAAfCCx∴0.856Afx（3）00.2510007.14Rvv=35min1011(1)fAfxkCx1fx=0.813∴101(1)AAfCCx=7.14×(1-0.813)=1.3422121(1)fAfxkCx222(1)ffxx=0.816∴2fx=0.347∴12(1)AfAfCCx=1.34×（1-0.347）=0.875∵0(1)AfAAfCCx∴0.877Afx（4）35min1011(1)fAfxkCx1fx=0.813101(1)AAfCCx=1.342121(1)fAfxkCx2fx0.449∴12(1)AfAfcCx=1.34×（1-0.449）=0.738∵0(1)AfAAfCCx0.897Afx3-7液相自催化反应A→P,反应速率23,10/()AAprkcckmkmols，进料体积流量300.002/,Vms进料浓度3002/,0.01Apckmolmc。问当Ax=0.98时，下列各种情况下的反应器体积。(1)单个平推流反应器；（2）单个全混流反应器；（3）两个等体积全混流反应器串联。解：（1）Afc=2×（1-0.98）=0.04002.01AApppAcccccc0.04000021(2.01)(2.01)AfAfxxAAAAAAAAAAdxdxdcccrkcckcc！！！！=20.041lnln(2.01)2.01AAcck=457.47（s）30.815RVm（2）00320.00220.984.97()()100.04(2.010.04)AAfRAfVcxVmr（3）0120012211()()(2.01)(2.01)AAAARAAAAVccVccVkcckcc即11122111110.042210.07882.012AAAAAAAAcccccccc∴10.3014Ac3-11对平行反应AL1Lr;AM2MArc;AN2NArc。其中L为目的产物，在等温操作中证明：（1）采用全混流反应器则max0LAcc；（2）采用平推流反应器则max00/(1)LAAccc解：（1）对L物料衡算：00()()LfRLfLfRAfcVVcrVVr对A物料衡算：00000()()AAfRAAfAfRAfccVVcVcrVVr∴002()1()()()1LfLfAAfAAfAfAfrcccccrc当0LfAfdcdc时，Lfc最大。此时021AfAcc，不取。又00AfAcc∴当Lfc=0Lc最大，此时max0LAcc（2）对L物料衡算：000()LLLLRLLRvCvCdCrVvdCrV对A物料衡算：000()AAAARAAAvCVcdcrvvdcrV∴LLAArdcdcr00200111(1)11AfAfLAAcccLLLAAAAAfAccrcdcdcdcrccc∴当Lfc=0Lc最大，此时max00/(1)LAAccc3－12在平推流反应器中进行基元反应L为目的产物，已知213kkk，求L的最大收率及最优接触时间。解：20ktAAcce212102ktLALALdckckckcekcdt由常微分方程的通解，可解得：22210()ktktktLAcekceedtc4－1有一理想搅拌釜式搅拌器，已知反应器体积为100L，流量为10L/min，试估计离开反应器的物料中，停留时间分别为0～1min，2～10min和大于3min的物料所占的分率。解：10010min10mt1/()1mtFte0～1min：1/10(1)10.0952Fe2～10min：10/102/101/51(10)(2)(1)(1)0.4509FFeeee30min的30/1031(30)1(1)0.0498Fee4－3解：题目改为：k＝37.510（原题数值太大，计算结果失去合理性，疑为印刷之误）00()1440.11920.524010.02888.03364.00.10.510.08.04.0()6158.4272.5()22.6mtCttCts000()11()ktktAeCtxetEtdtCt　333337.5101447.5101927.5102407.5102887.5103360.10.510.08.04.0122.60.33960.10.23690.50.165310.00.11538.00.08054.0122.60.865eeeeePFR:37.510272.5110.870mktAxeeCSTR:311110.671117.510272.5Amxkt4-4用脉冲示踪法测得实验反应器的停留时间分布关系如下表所示，今有一液相反应A+BP，已知00ABcc，若此反应在具有相同停留时间的平推流反应器中进行，转化率可达99%，试计算：（1）该反应器的平均停留时间及方差；（2）若实验反应器以多釜串联模型描述，可达到的转化率为多大？t/s123456810152030415267C（t）957819090867767473215731解：（1）000()5283()7.98()662()tctttEtdtsct2222222000()81932()()()7.9860()662()ttcttEtdtttsct2220.9422tmt(2)211.096m平推流1kAxe即7.980.991ke可求得：10.577ks多釜串联：1.0961111()110.8367.9811(/)10.577()1.096mmBmxkktm可达到转化率为83.6%4-6用脉冲注入法，在反应器入口液体中加入KMnO4示踪物，从加入示踪物开始，测得出口物料中示踪物浓度如下表时间/min05101520253035404550KMnO4浓度/（g/3m0261212105210.50设示踪物加入对流型无影响，试确定液体在反应器中的平均停留时间及De/uL值解：000()1022.5()20.25()50.5()tctttEtdtsct2222222000()23962.5()()()20.2564.44()50.5()ttcttEtdtttsct∴222264.440.15720.25tmt222DePeuL∴0.0785DeuL4－7解：（1）11110.667110.02100Amxkt（2）先计算转化率达0.3所需的反应时间。根据1ln1Afktx可知：1111lnln17.810.0210.3Aftkx（min）再计算停留时间小于17.8min的粒子所占分率。17.8/100(17.8)10.163Fe16.3%即为不合格产品所占分率。（3）2/2()11mttmtFtet代入数据：217.8/100217.8(17.8)110.050100Fe即不合格产品所占分率为5%4－9解：题目改：k＝0.25s－100()1125384105866748392.2101.5120.61234567891012()2453.657()67mtCttCts2220022222222222222()()1125384105866748392.2101.5120.63.65712345678910121471.63.6578.591()67tmtCttCts22228.5910.64243.657tmt扩散模型计算：222()3.1130.6424euLPeD，14/140.253.657/3.1131.475mktPe220410.49(1)11122AAACxPePeCexpexp10.490.51Ax多级模型计算221111.5570.6424mm1.5571111110.51311(/)10.25(3.657/1.557)mmAmmxkktmPFR:0.253.657110.599mktAxeeCSTR: